數控線切割機熱變形概念及預防措施 工藝過程的自動化和精密加工的發展對電火花數控線切割機床的加工精度和精度穩定性提出了越來越高的要求。線切割機床在內外熱源的影響下，各部件將發生不同程度的熱變形，使工件與鉬絲之間的相對運動關系遭到破壞，也使機床精度下降。在通常情況下，為了使機床的熱變形達到穩定的數值，需要花費很多時間來預熱機床，這就直接影響了機床的生產率。對于數控線切割機床來說，因為全部加工尺寸是由預先編制的指令控制的，熱變形的影響就更為嚴重。 線切割機床產生熱變形的原因主要是熱源及機床各部分的溫差。熱源通常包括加工中的切屑、運轉的電動機、液壓系統、傳動件的摩擦以及機床外部的熱輻射等。除了熱源及溫差以外，機床零件的材料、結構、形狀和尺寸的不一致也是產生熱變形的重要因素。 為了減少數控線切割機床的熱變形，在設計時應采取以下的措施。 1．減少發熱 電火花線切割機床內部發熱是產生熱變形的主要熱源，應當盡可能地將熱源從主機中分離出去。目前，大多數數控線切割機床的電動機、變速箱、液壓裝置及油箱等都已外置。對于不能與主機分離的熱源，如主軸軸承、絲杠螺母副、高速運動導軌副等，則必須改善其摩擦特性和潤滑條件，以減少機床內部的發熱。 主軸部件是直接影響加工精度的關鍵部件，而主軸上的軸承通常又是一個很大的內部熱源。在數控機床上除了采用精密滾動軸承和對軸承進行油霧潤滑外，還可采用靜承，這些措施都有利于降低主軸的溫升。在精密數控機床的主軸箱內應盡量避免使用摩擦離合器等發熱元件。 數控電火花線切割機床加工時所產生的切屑也是一個不可忽視的熱源，產生大量切屑的數控線切割機床必須帶有完善的排屑裝置，以便將熱量盡快帶走。也可以在工作臺或導軌上裝設隔熱板，使這部分熱量被隔離在機床之外。在使用切削液的數控機床上，切削液冷卻了刀具和工件之后，帶走了切削熱，當它散落在機床的各處時，也會產生局部的溫升。精密數控機床應控制切削液的溫度，并使切削液迅速地通過zui短途徑從機床中排出。 潤滑油在傳動件之間流過，帶走摩擦熱，使潤滑油池的溫度逐漸升高，成為一個次生熱源。因此，在一些精密數控線切割機床中已把潤滑油池移出機床，當然也可以對油池進行溫度控制。 液壓傳動系統及其油池是機床上的又一次生熱源。除了盡可能將此油池移出機床之外，油泵的供油量必須選擇得適當，否則大量多余的油液流經溢液閥，既浪費了能源又產生很大的熱量。所以對于需要經常變化供油量的液壓系統，應盡量采用變量泵。 2．控制溫升 在采取了一系列減少熱源的措施之后，熱變形的情況將有所改善，但要*消除線切割機床的內外熱源通常是十分困難的，甚至是不可能的，所以必須通過良好的散熱和冷卻來控制溫升，以減少熱源的影響。比較有效的方法是在機床的發熱部位進行強制冷卻。目前對于多坐標軸的數控機床，由于它在幾個方向上都要求很高的精度，因此很難用補償的方法來減少熱變形的影響。對于這類機床，采用制冷系統對潤滑液進行強制冷卻的方法可以收到良好的效果。但制冷系統的冷卻能力必須適當，如果吸熱量大于機床內部熱源的發熱能力，將會使機床的溫度低于環境溫度，不僅引起收縮，而且濕空氣將會冷凝在機床表面上而使機床生銹。 除了采用強制冷卻之外，也可以在機床低溫部分通過加熱的方法，使機床各點的溫度趨于一致，這樣可以保持溫度場的均勻，減少由于溫差造成的翹曲變形。一些較大型的數控線切割機床設有加熱器，在加工之前通過加熱來縮短機床的預熱時間，以提高機床的實際生產率。 3．改善機床結構 在同樣發熱的條件下，機床結構對熱變形也有很大影響。目前，根據熱對稱原則設計的數控線切割機床取得了較好的效果。因此，數控線切割機床過去采用的單立柱結構有可能被雙立柱結構所代替。雙立柱結構由于左右對稱，受熱后的主軸軸線除產生垂直方向的平移外，其他方向的變形很小，而垂直方向的軸線移動可以方便地用一個坐標的修正量進行補償。
數控線切割機床中的滾珠絲杠是在預加載荷大、轉速高及散熱差的條件下運行的，因此絲杠極容易發熱。滾珠絲杠的熱伸長所造成的后果是嚴重的，尤其是在開環系統中，它將會使進給系統喪失定位精度。目前，某些機床用預拉的方法來減少絲杠的熱變形。該方法是在加工滾珠絲杠時，使螺距略小于名義值，裝配時對絲杠進行預拉伸，使其螺距達到名義值。當絲杠工作而受熱，絲杠中的拉應力補償了熱應力，既減少了熱伸長的影響，又提高了絲杠的剛度。 對于采取了上述措施仍不能消除的熱變形，可以根據測量的結果，由數控系統發出補償脈沖加以修正。例如在主軸箱上測量出主軸軸承前端的熱位移，然后由數控裝置進行補償。 另外，也可以采用特殊的調節元件來消除熱位移。 注：本文僅供參考，讀者借鑒。 本文經由蘇州中航長風——線切割設備整理編輯友情發布。 |
